1611143556-2273da8470727e985a6fa41fb7d7276c (825019), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Можно сказать, что предел упругости будет равен гому напряжению, когорое вызвало последнюю пластическую дефор- в мацню тела. л' На рис. б изображена схемати- 1 чески зависимость междудействуюшими в теле напряжениями р и величиной деформации Х. Если напряжение меньше предела упругости рм то деформация является л и и упругой и подчиняется (с большей или меныпей точностью) закону Рис. б. Гука, согласно которому Х пропорциональна р. Эта зависимость изображена на рисунке отрезком прямой ОА.
Когда напряжение становится больше р„в теле возникает пластическая деформация, и зависимость между ) и р при возрастании напряжения изображается кривой АВ. Предположим, что,достигнув некоторой точки А' этой кривой, мы начнем уменьшать р. Значение р — =р,', отвечающее точке Л ', является в то же время пределом упругости тела, достигнутым пм в процессе упрочнения прн увеличении нагрузки. Поэтому при уменьшении р новон пластической деформации не произойдет и мы будем двигаться по прямой Л'О', параллельной упругому участку АО линии ОВ. Когда напряжение станет равным нул1о, сохранится некоторая деформация Х„„ которая и представляет собой пластическую деформацию. Полную деформацию в точке А' можно представить в виде суммы пластической ().„,=ОО') и упругой (Х „=-О'а) частей.
Если снова увеличивать напряжение, то до достижения значения р,' мы будем двигаться по той же прямой О'А'. Перейдя за порог р,', мы перейдем с прямой О'А' на кривую А'В и увеличим пластическую деформацию. При этом снова увеличится предел упругости. ззо (гл. хш ТВЕРДЫЕ ТЕЛА С увеличением пластической деформации предел упругости не возрастает, однако, беспредельно. Существует некоторое максимальное значение предела упругости, которое не может быть превзойдено.
Его называют пределол~ текучести. Под действием напряжения, равного пределу текучести, тело непрерывно увеличивает свою деформацию— оно будет течь как жидкость. Применяя большие давления, можно, например, заставить металл вытекать струей из отверстия, сделанного в цилиндре гидравлического пресса.
Ясно, что ни при каких деформациях (кроме, конечно, всестороннего сжатия) в теле не могут возникать напряжения, превышающие предел текучести. Разумеется, предел текучести не всегда может быть достигнут, так как тело может задолго до того сломаться. Для наблюдения текучести удобно пользоваться такими деформациямн, как одностороннее сжатие или кручение. Напротив, простое растяжение легко приводит к разрыву тела. Существенную роль в разрыве играет наличие в теле мельчайших, часто микроскс..ических трещинок.
Это могут быть трещины как на поверхности тела, так и внутри него (например, мельчайшие зазоры между зернами поликристаллического тела). Такие трещины действуют как рычаги, приводящие к сильной концентрации приложенных извне к телу сил: упругие напряжения у острой вершины трещины сравнительно легко достигают значений, достаточных для дальнейшего разрыва атомных связей и удлинения трещины, приводящего в конце концов к полному разрыву тела.
Роль состояния поверхности тела для его разрыва ясно демонстрируется опытом с кристаллами каменной соли: если погрузить кристалл в волу, соль растворяется с его поверхности, причем имевшиеся на поверхности трещинки зализываются и находящаяся в воде каменная соль разрывается значительно труднее, чем кристаллы, находящиеся на воздухе. Пластическая деформация вблизи вершин трещинок может сгладить их острия и тем самым в определенной степени снять концентрацию упругих напряжений вблизи пих. В этом смысле пластичность играет положительную роль в сопротивлении тела разрыву. Рольэтого фактора проявляется в зависимости ломкости металлов от температуры.
Так, сталь, с трудом разрывающаяся при обычных температурах, % 108) зз~ дефекты в к»не»аллах становится ломкой при низких температурах. Это явление в значительной степени связано с уменьшением пластичности при понижении температуры, о чем еще будет идти речь в й 106. ф 105. Дефекты в кристаллах Уже самый факт сильной зависимости пластических свойств тела от его обработки, наличия примесей и т.
п. указывает на тесную связь этих свойств с особенностями кристаллического строения реальных тел — особенностями, отличающими реальные кристаллы от идеальных. О нарушениях идеальной кристаллической структуры говорят как о дефекты кристаллов. Наиболее простой тип дефектов (которые можно назвать точечными) состоит в отсутствии атома в узле решетки (свободная вакансия) или в замене «правильного» атома в узле чужеродным (атомом примеси), во внедрении лишнего атома в межузельное пространство и т. п. Нарушение правильности структуры решетки распространяется на небольшое (порядка величины нескольких периодов) расстояние вокруг такой точки. Наиболее важную роль в механических свойствах твердых тел играют, однако, дефекты другого рода, которые можно назвать линейныып, поскачьку нарушение правильности структуры кристаллической решетки сосредоточено вблизи некоторых линий.
Эти дефекты называют дислокациялш. Изображенную на рис. 7 дислокацию можно представить себе как дефект решетки, вызванный наличием в ней одной лишней кристаллической полуплоскости, вдвинутой между двумя «правильными» плоскосгями (слоями атомов). Линией дислокации (которую в данном случае называют краевой) является перпендикулярная плоскости рисунка прямая линия, отмеченная на рисунке значком (; «лишний» слой атомов расположен над этим значком. Эту дислокацию можно представить и как результат сдвига верхней части кристалла (изображенного схематически на рис.
8, а) на величину одного периода (рис. 8, б). Другой тип дислокации можно наглядно представить как результат «разреза» решетки по полуплоскости, после чего части решетки по обе стороны разреза сдвигаются навстречу друг другу на один период параллельно краю ТВЕРЛИЕ ТЕЛА !гл. хш разреза (который называется в этом случае аиипювои дислоАацией — пунктирная линия на рис. 9). Наличие такой дислокации превращает кристаллические плоскости в решетке в геликоидальную поверхность (подобную винтовой лестнице без ступенек).
Рис. 7. В краевой дислокации направление сдвига перпендикулярно, а в винтовой — параллельно линии дислокации. Мемеду этими двумя предельными случаями возможны любые промежуточные. Линии дислокаций не обязательно прямые: они могут быть и кривыми, в том числе образовывать замкнутые петли. Существуют различные способы непосредственного наблюдения дислокаций. Так, в прозрачных кристаллах это удается сделать путем образования пересыщенпых твердых растворов определенных веществ.
Атомы примеси стремят- 888 % 1Об! леаакты в киистллллх ся выпасть в виде коллоидальных частиц, причем рост этих частиц происходит преимущественно в местах нарушений в/ в/ Рис. 8. ст уктуры основной решетки и, таким образом, коллоидальные частицы примеси концентрируются вдоль стр чь линий дислокаций, делая их визуально наблюдаемыми. Другой способ основан на травлении поверхности кристалла специальнымн реагентами. Поверхность разрушается лег! че в местах нарушенной 1 структуры кристалла.
Это 1 приводит к образованию видимых ямок в точках, где 1 линии дислокаций выходят Рис. 9. к поверхности кристалла. Винтовые дислокации часто играют определяющую роль в процессе роста кристаллов из жидкости или пересыщенного пара. [гл. Еш ТВЕРДЫЕ ТЕЛА В ч 99 было объяснено, каким образом возникновение новой фазы в среде старой фазы должно начинаться с образования зародышей. Аналогичное положение должно было бы иметь место и при росте кристалла. Возникновение нового слоя атомов на идеально правильной поверхности кристалла не может начаться просто с оседания на ней отдельных атомов: такие атомы, имеющие соседей лишь с одной Рес. 10. стороны, находились бь1 в энергетически очень невыгодных условиях и не удерживались бы на поверхности. Устойчивый езародыш» нового слоя атомов на поверхности кристалла должен был бы сразу содержать достаточно много атомов, а случайное возникновение такого зародыша может происходить сравнительно очень редко.
Если же на поверхность кристалла выходит конец винтовой дислокации, то тем самым на этой поверхности будет уже иметься готовая ступенька (высотой в толщину одного атомного слоя), к которой могут легко присоединяться новые атомы; в возникновении зародышей поэтому не будет необходимости.
Ско- % 1001 ПРНРОЛА ПЛАСТИЧНОСТИ 333 рость присоединения новых атомов примерно одинакова вдоль всего края ступеньки. Это приведет к тому, что кристалл будет расти по спирали, как показано схематически на последовательности рисунков 10, а — г. При этом все время сохраняется свободная ступенька на поверхности кристалла и его рост может продолжаться неограниченно.
Скорость такого роста в колоссальное число раз превосходит скорость процесса, который требовал бы образования зародышей. й 106. Природа пластичности На поверхности монокристаллического образца, подвергнутого пластической деформации сдвига, часто можно наблюдать системы параллельных линий. Эти линии представляют собой следы пересечения поверхности тела с плоскостями скользсения, вдоль которых одни части кристалла как бы соскальзывают как целое относительно других соседних частей.
Таким образом, пластическая деформация имеет неоднородный характер: большие смещения при сдвиге происходят лишь вдоль сравнительно далеко отстоящих друг от друга плоскостей; части же кристалла, лежащие между этими плоскостями, почти не деформируются. На рнс. 11 изображена схема деформации тела, осуществляющаяся такими скольжениями. расположение плоскостей скольжения рнс. !!. тесно связано со структурой кристаллической решетки. В каждом кристалле скольжение происходит в основном лишь вдоль определенных кристаллических плоское|ей. Так, в кристалле ЫаС! — это плоскости (110), в металлических кристаллах с гранецентрированной кубической решеткой — это плоскости (!11). Каков механизм соскальзывания одной части кристалла относительно другой? Если бы оно происходило сразу по всей плоскости скольжения, то для его осуществления требовались бы очень большие напряжения.
Переход от одного равновесного расположения атомов к другому (скажем, от изображенного на рис. 8, а, к изображенному на рис. 8, г) ТВЕРДЫЕ ТЕЛА (гл. юп должен был бы проходить через сильную упругую деформацию, в которой относительные смещения (в области вблизи плоскости скольжения) достигали бы порядка величины Х-1. Для этого требовались бы напряжения порядка величины модуля сдвига 6. В действительности же пределы упругости реальных тел обычно в 1Ое — 10«раз меньше их модулей сдвига, т. е. для осуществления сдвига требуются сравнительно очень пеболыпие усилия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
